煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用

第l8卷第5期(总第114期)2013年1O月煤矿开采CoalminingTechnologyVo1．18No．5(SeriesNo．114)0ctober2013煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用车永军，王成真，杜利宏(1．晋城煤业集团晋圣矿业投资有限责任公司，山西晋城048000；2．晋城煤业集团生产技术处，山西晋城048006)[摘要]为解决传统人工手动排水系统在矿井排水过程中排水能力小、自动化程度低、操作过程繁琐、管理复杂、应急能力差等问题，研究并设计了矿井中央水泵房自动化排水系统。该系统通过各类传感器收集水仓水位信息、水泵及配套设备工况信息后，经过逻辑运算，按照一定的方式自动发出指令控制水泵组系统开启或者停止，从而实现矿井自动化排水。同时，系统可根据需要进行手动操作排水、半自动化排水和全自动化排水，并可由地面上位机进行远程控制，且能有效避开矿井用电高峰期。某矿中央水泵房自动化排水系统的应用证明，该系统具有排水能力大、自动化程度高、操作简单、应急能力强、电耗低、易于管理等显著优点，是矿井排水系统自动化发展的重要方向之一。[关键词]中央水泵房；排水系统；自动化控制；水位；传感器[中图分类号]TD744[文献标识码]B[文章编号]1006—6225(2013)05·0028—04AutomaticDewateringSystemforUndergroundCenterPumpCavernandItsApplication在煤矿企业中，井下排水系统是最重要的生产系统之一，担负着排除煤炭生产过程中产生的各种积水的重任，排水系统运行正常与否直接关系到矿井能否正常安全生产J。排水系统不仅需要能够及时排出正常涌水期的矿井水，而且还要具备排出涌水高峰期时大量矿井水的能力，同时在透水事故发生时应有一定的应急能力。矿井排水时，将各个方向的水仓积水排至中央水仓(通常，中央水仓由主水仓和副水仓组成，主水仓储水量大于副水仓)，然后由中央水泵房将中央水仓水排至地面J。可见，中央水泵房担负着排除整个矿井水的重任，其安全可靠性直接影响矿井的安全高效生产。而现阶段多数矿井采用传统的人工手动操作排水系统，此类排水系统自动化程度低、操作过程繁琐、管理复杂、应急能力差，这些不足严重影响井下中央水泵房(乃至整个排水系统)的管理水平和矿井整体效益的提高，存在较大的安全隐患J。因此，研究井下中央水泵房自动化排水系统，对水泵房进行彻底改造，对于煤矿安全高效生产具有重要的现实意义。1矿井概况某煤矿建于1958年，现核定生产能力为2．1Mt／a，共有3号、9号和15号3层可采煤层。经过50多年开采，3号和9号煤层正规回采工作面已经全部开采完毕，15号煤层开采也接近尾声，矿井地层中存在大面积采空区积水，特别是井田范围内曾存在159座小煤窑，224个井筒，其开采情况、破坏范围以及小窑积水情况难以完全调查清楚。2010年11月经有关专家组鉴定，确定该矿现阶段水文地质条件类型为复杂型。近年来，该矿的矿井正常涌水量和最大涌水量逐年增加，给矿井排水系统带来了严峻的考验，如表1所示。表l近年矿井涌水量对比时间正常涌水量／(10m．d)最大涌水量／(10Ill．d)2008拄2009正2010正2011正1．11．O1．51．61．31．22．52．O2011年以前，该矿排水采用人工操作排水系统，中央水泵房排水垂高约500m，在排水过程中，主要存在以下几方面的问题：(1)人工开停水泵，不能根据水位或其他因素自动开停水泵，中央水仓储水过多时，不及时开启水泵会淹没电机等工具设备，而当水位即将低于抽水管口时，若不能及时关闭水泵，会使大量空气和杂物进入排水系统，大大缩短了水泵、电机、管路等设备的使用寿命。(2)不能避开整个矿井的用电高峰，矿井的用电压力加剧，电压不足严重影响用电设备生产效率和使用寿命。[收稿日期]2013—04—11[作者简介]车永军(1973-)，男，山西晋城人，工程师，现任山西晋城煤业集团晋圣矿业投资有限责任公司机电部部长。28学兔兔www.xuetutu.com车永军等：煤矿井下中央水泵房自动化排水系统研究与应用2013年第5期(3)设备和人员管理复杂，应急能力较差，中央水泵房每班需配备2～5名工作人员，人工操作不能实时监控设备的运行工况、水仓水位和工作任务需求，往往造成突发事故不能及时解决或者冗余劳动时间过多。这些问题的凸显，已不能适应现代化矿井建设的要求，实现中央水泵房排水系统的自动化已成为矿井发展迫切需要解决的现实问题。2自动化排水系统功能需求自动化排水系统通过分析检测水泵房的实际情况，按照人类的思维逻辑控制中央水泵房的整个排水过程。2．1功能需求分析从整个排水过程看，中央水泵房控制水泵将中央水仓水排至地面，就必须能够自动化完成检测、控制和执行三方面的功能J